CAPITULO 2 - damec.ct.utfpr.edu.brdamec.ct.utfpr.edu.br/automotiva/downloadsAutomot/Lod2_PotenciaPME.pdf · funcionamento do motor (SAE) b) Condições atmosféricas referência:

CAPITULO 2

Potência e pressões médias de um motor de combustão

Eng. Julio Cesar Lodetti

Volvo PowertrainEng. Julio Lodetti2

Definição de Potência e rendimento

A potência, é por definição função do torque fornecido sobre o virabrequim, e da velocidade de rotação do mesmo. Um motor então, se caracteriza por sua curva de potência. (potência máxima desenvolvida a cada velocidade de rotação admissível).

O rendimento, que caracteriza a eficácia do processo de conversão da energia introduzida pelo combustível, em trabalho realizado no eixo do virabrequim.


• Pode ser medida de diferentes formas dependendo de:

a) Auxiliares de série montados nos ensaios em banco motor:

Potencia neta/liquida: Equipamentos standard (ISO, DIN,..)

Potencia bruta: Equipamentos estritamente necessários ao funcionamento do motor (SAE)

b) Condições atmosféricas referência:

Motor = sistema. Termodinâmico aberto

• Definições de medidas de potência bastante variadas: ISO, SAE, DIN, JIS…

POTÊNCIA


Prestações motor

Função do torque (C) sobre a arvore e da velocidade de rotação (N [rpm] ou ω

[rad/s])

P (W) = C (N·m) · ω

(rad/s)

Dois termos a se levar em conta:

Energia introduzida pelo combustivel

Energia mecânica

9549,3N(rpm)m)C(NP(kW)

•Potência:

•Rendimento: Caracteriza a eficiência da transformação


Potência

Potência efetiva (Pe ): Potencia medida sobre a “árvore” do motor ou no freio do dinamômetro;

Potência indicada (Pi ): Potencia total desenvolvida nos cilindros devido a pressão do fluido motor sobre os pistões. Se determina a partir de um indicador de pressão localizado dentro da câmara de combustão;

Potência perdida por atritos (Pf ): Atrito nos:– Elementos moveis: pistão/biela, pistão/cilindro, etc…– Auxiliares: Distribuição, bomba d’água, bomba de óleo, etc….

PfPiPe


Pressão Media Indicada (PMI)

Trabalho positivo (HP)

Trabalho negativo (BP)

Wi p dVcycle

.

•Trabalho indicado:Pressao

Volume

Motor 4 tempos

uV

•Pressão Media Indicada (PMI):

uV

dVpPMI .

ui VPMIW


Relações entre - PMI: Pressão Média Indicada - PI: Potência Indicada - C: Torque - PME: Pressão Média Efetiva


Relação entre PMI e Torque indicado (Ci )

O trabalho realizado num ciclo completo de um motor 4 tempos pode expressar-se como:

W PMI Vi cyl .

ii CdvpW .4.Motor 4 tempos:

1 ciclo motor cada

2 rotações virabrequim

(4π

radianos)

PMI barC m N

V dmi

cyl( ) .

( . )

( )4100 3

Então, para um motor 2 tempos:

)().(.

1002)( 3dmV

NmCbarPMIcyl

i

Motor 2 tempos:

1 ciclo motor cada

1 rotação virabrequim

(2π

radianos)


Relação entre PMI e potencia indicada (Pi)

Wi Pi Multiplicando pelo numero de tempos motores por segundo (nc)

Motor 4 tempos:

P PMI V Ni cyl1120

. . . (rpm) N(ciclos/s)n c120

)().()(.1200)( 3 rpmNdmV

kWPbar PMIcyl

i

MPa


Motor 2 tempos:

Relação entre PMI e potencia indicada (Pi)

NVPMIP cyli ...601

(rpm) N(ciclos/s)n c60

)().()(.600)( 3 rpmNdmV

kWPbar PMIcyl

i


Definição de PME: ela é uma pressão “fictícia”, que para um motor com certa característica, está ligada diretamente ao torque “C” desenvolvido pelo motor sobre o virabrequim.

Expressões análogas a PMI:

Pressão Media Efetiva (PME) Pressão Media de Atrito (PMF)

)(.)()(.1200

)( 3 rpmNdmVkWP

barPMFcyl

f PME PMI PMF

A PME max caracteriza a qualidade do uso da cilindrada do motor. É uma medida de ENERGIA.

)(.)()(.1200

)( 3 rpmNdmVkWP

barPMEcyl

e


Introduzindo a velocidade média do pistão (Vp) e a seção do pistão (Sp)

Outras expressões de pressões médias

)/(.)(.)(.04,0)( 2 smVmSn

kWPbarPMEpp

e

P kW n S m V m s PME bare p p( ) . . ( ) . ( / ) . ( ) 25 2

• Multiplicando por Vp:

PME V bar m sP kW

n S dmp

p. ( . / ) .

( )

. ( ) 4

2Representativo da carga

térmica do motor


Comparação ciclos- NMVEG x FTP 75

Fonte: RAYNAL, B.


NOÇÕES DE TORQUE MÉDIO


Torque médio de um motor

O torque médio motor é a resultante de uma força “F” perpendicular ao mancal de biela x braço de alavanca constante e igual ao raio da manivela, ou meio curso do pistão.

O torque instantâneo, se integrado pelos 4¶ radianos, ou 720° de rotação do virabrequim ( 1 ciclo para motores 4 tempos), nos dá o TORQUE MÉDIO do motor.


Torque médio de um motor

O torque instantâneo é negativo logo antes do PMH. Isto se deve a posição da biela, que em função da pressão na câmara, esta ainda comprimindo os gases.

Fonte: RAYNAL, B.


Torque instantâneo em função do número de cilindros

Fonte: RAYNAL, B.


Regularidade de funcionamento

Fonte: RAYNAL, B.


Regularidade de funcionamento

Motor BMW 850i – V12



)(.)()(.1200

)( 3 rpmNdmVkWP

barPMEcyl

e

Bore 570 mm

Stroke 660 mm

Speed 429 / 400 rpm

Mean eff. pressure 22.0 / 22.3 bar

Piston speed 9.4 / 8.8 m/s

3010..)/(

3

NLsmVpDIESEL

S.E.M.T. Pielstick PC 4.2 B

Engine type 429 rpm 50 Hz 400 rpm 60 Hz

Eng. kW Gen. kW Eng. kW Gen. kW

18 PC 4.2 B 23 850 23 205 22 500 21 890

Specific fuel oil consumption 100% P PC 4.2 B - 400 rpm 182 g/kWh

PC 4.2 B - 429 rpm 185 g/kWh

Specific lube oil consumption PC 4.2 B approx. 1.0 g/kWh



MAN B&W L-V 20 / 27 DG NATURAL GAS )(.)()(.1200

)( 3 rpmNdmVkWP

barPMEcyl

e

3010..)/(

3

NLsmVp

Bore 200 mm

Stroke 270 mm

Speed 1 000 / 900 rpm

Mean eff. pressure 12.7 bar

Piston speed 9.0 / 8.1 m/s

Fonte: Diesel & Gas Turbine WorldWide Magazine


Aplicações de grandes motores

Fonte:

Foto - Diesel & Gas Turbine WorldWide Magazine

Video: MAN B&W homepage


PME entre 2 e 4 Tempos

GT 18 GT 22 GT 26 2 Tempos GT 26 4 Tempos 4,15Potencia total (hp) 1555 2450 2875 3300 10,55 litros/cilPotencia total (kw) 1144,48 1803,2 2116 2428,8 84,38 8 cilNº de cilindros 8 12 16 16 126,57 12 cilDisposição dos cilindros 168,76 16 cilDiâmetro e curso dos PistõesDeslocamento por cilindroCilindrada 84.381,84 cm3 126.572,77 cm3 168.763,69 cm3 168,76Óleo lubrificante 519 L 670 L 945,5 LÓleo combustível 3400 L 7.000 L 6100 LPeso do Motor 9.680 Kg 12.840 Kg 16.000 KgPeso do Turbo 795 Kg 841 Kg 890 KgPeso da locomotiva 82720 Kg 108000Kg 111500 KgRotação Máxima 1200Velocidade media do pistao (m/s) 7,62 7,62 7,62 10,16Pme (bar) 9,0 9,5 8,4 16,7Consumo horario (l/h)Consumo horario (g/h)Consumo especifico (g/kw . h)

cilindrada

900 rpm

DESCRIÇÃO

"V" - 45º230mm x 254 mm

10570cm3 - 645 pol3

MODELO DE LOCOMOTIVA


PMI entre 2 e 4 tempos

Fonte: RAYNAL, B.


PMI


PME – Performance - Autos

Hyundai 3cyl Lambo V12


PME – Performance - Bikes


Downsizing – Diesel Vs Gasolina

Fiat Twin-Air turbo. 875cc

AVL


PME – Heavy Duty Diesel


PME – Racing Diesel

563 km/h

Fonte: RICARDO.com


PME summary

Motor Caracteristicas Motor Combustível Veículo Deslocamento

Volumétrico (l) PME potencia PME Torque

M383T V8 - bi-turbo gasolina McLaren MP4-12C 3.8 19.90 19.84SLS AMG V8 atmo gasolina Mercedes Benz 6.208 11.92 13.16

L539 V12 atmo gasolina Lamborguini 6.498 11.67 13.34L537 V12 atmo gasolina Lamborguini 6.495 11.01 12.77

Hyudai 3 cyl 3 cyl atmo, 99 gCO2/km gasolina Hyundai 0.998 11.66 11.96ZETEC 2.0 16v, comando Cosworth, Unichip gasolina FORD 1.998 11.63 #DIV/0!

F4 RR 4 cilindros, moto gasolina MV AUGUSTA 0.998 13.44 14.351600 GT 6 cilindros, motor gasolina BMW 1.649 11.19 13.34Twin-Air 2 cilindros, turbo, downsizing gasolina FIAT 0.875 28.77 28.72

AVL 3 cilindros, turbo diesel AVL AUSTRIA 1.055 22.75 28.59D13C460 6 cilindros, turbo, caminhão diesel VOLVO 12.8 19.53 22.58444 TCA 4 cilindros, turbo, trator diesel JCB 4.4 11.54 #DIV/0!444 LSR 4 cilindros, turbo, Land Speed Record diesel JCB-RICARDO 5 35.29 #DIV/0!

K4M 4 cilindros , 16v, atmo gasolina RENAULT 1.6 10.98 12.17318 8 cilindros, anos 70, Dodge Dart gasolina DODGE 5.2 8.40 9.91302 8 clindros, anos 70, Mavecick gasolina FORD 5 8.09 9.05

250-S 6 clindros, anos 70, Opala gasolina GM 4.1 6.45 8.89RS?? 8 cilindros, Formula 1 gasolina 2.4 15.52 20.94TFX 8 clindros, blower, DRAGSTER Nitrometano 8.2 74.95 #DIV/0!

RS?? 6 cilindros, turbo, formula 1 gasolina 1.5 65.02 #DIV/0!

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